JP2014126542A - ガス検知器 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコーンガスの存在下および高湿環境下であっても、可燃性ガスやニオイ系のガスを正確に検知できるガス検知器を提供する。
【解決手段】被検知ガスと接触するガス感応部１２を有するガス検知素子１０と、ガス検知素子１０の上流に、酸化白金を構成成分として有する酸化白金フィルタ部２０と、を備えたガス検知器Ｘ。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検知ガスと接触するガス感応部を有するガス検知素子とフィルタ部を備えたガス検知器に関する。

一般に、所謂自己加熱型のガス検知素子としては、接触燃焼式ガス検知素子、半導体式ガス検知素子、固体電解質式ガス検知素子等が知られている。
例えば、熱線型半導体式ガス検知素子は、白金等の貴金属線コイルに金属酸化物半導体を設けた構造であり、可燃性ガスなどの濃度変化に対して半導体抵抗の変化により、被検知ガスの濃度を測定することができる。

このようなガスセンサとしては、水素ガスなどの可燃性ガスを検出する可燃性ガスセンサや、ＣＯガスを検出するＣＯガスセンサなどが知られている。

尚、本発明における従来技術となる上述したガスセンサは、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。

近年、例えば建築材料として、シリコーンパテ、シリコーンゴム、シリコーンオイル等のシリコーン材料が多用されるようになってきている。このようなシリコーン材料には、低重合度で比較的揮発性の高い有機シリコーンが含有されている。当該有機シリコーンガスがガス検知素子に付着した場合、ガス検知素子の検知感度が低下したり、選択的に検出すべきガス以外のガスに対してガス検知感度が上昇して、誤作動したりしやすくなることがあった。これは、被検知ガス中に含まれる有機シリコーンガスがガス検知素子にまで達し、ガス検知素子に有機シリコーンガス又はその分解物等のシリコーン成分が付着することで、ガス検知素子のガス検知特性を変化させるものと考えられる。

そのため、例えば可燃性ガスセンサにおいては、活性炭フィルタを配置して当該活性炭フィルタによってシリコーンガスを吸着させ、シリコーンガスがガス検知素子の表面に到達するのを防止していた。

活性炭フィルタを装着した可燃性ガスセンサを台所などの室内に設置した場合、当該活性炭フィルタが室内に浮遊する炭化水素（可燃性ガス）や、有機溶剤などニオイ系のガスの多くのガスを吸着してしまう。そのため、当該活性炭フィルタを可燃性ガスやニオイ系のガスを検知対象とするガス検知器用のフィルタとして使用した場合、可燃性ガスやニオイ系のガスがガス検知素子に到達するまでに当該フィルタの活性炭によって吸着されてしまうため、正確に可燃性ガスやニオイ系のガスを検知できない虞があった。

シリコーンガス吸着フィルタとして、活性炭以外では、シリカ、シリカアルミナ、ゼオライトなどが有効である。しかし、これらは水の吸着性が非常に高く、高湿環境、特に家庭台所などの環境で使用するとガス吸着能力が早期に低下しやすくなるため、高湿環境下での使用はあまり適していなかった。

従って、本発明の目的は、シリコーンガスの存在下および高湿環境下であっても、可燃性ガスやニオイ系のガスを正確に検知できるガス検知器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るガス検知器の第一特徴構成は、被検知ガスと接触するガス感応部を有するガス検知素子と、前記ガス検知素子の上流に、酸化白金を構成成分として有する酸化白金フィルタ部と、を備えた点にある。

本構成によれば、酸化白金フィルタ部をガス検知素子の上流に備えることで、仮に雰囲気ガスに建築材料などに含まれる有機シリコーンガスなどのシリコーンガスが含まれていたとしても、当該シリコーンガスがガス検知素子に到達する前に酸化白金フィルタ部によって吸着除去することができる。そのため、シリコーンガスがガス検知素子の表面に到達し難くなり、有機シリコーンガス又はその分解物等のシリコーン成分が付着することで、ガス検知素子のガス検知特性が変化するのを未然に防止することができる。

後述の実施例で示すように、本発明のガス検知器はシリコーンガスに対する長時間の曝露を行なった場合および高湿環境においても、殆どセンサ出力に変化は見られなかった。よって、本発明のガス検知器は、シリコーンガスの存在下および高湿環境下であっても、可燃性ガスやニオイ系のガスを正確に検知できる。

本発明に係るガス検知器の第二特徴構成は、前記酸化白金フィルタ部が珪酸化合物を含有する点にある。

本構成によれば、珪酸化合物を酸化白金フィルタ部に含有させると、高価な酸化白金のフィルタ含有割合を減少させることができるため、低コストでガス検知器を製造できる。特にこれら珪酸化合物を酸化白金フィルタ部に含有させた場合、珪酸化合物の含有量によっては、珪酸化合物を添加しない場合よりガス検知性能は向上する。

本発明に係るガス検知器の第三特徴構成は、前記珪酸化合物をシリカアルミナとした点にある。

本構成によれば、入手が容易な材料を使用することでガス検知器の製造が容易となる。

本発明に係るガス検知器の第四特徴構成は、前記シリカアルミナの含有量を５０重量％以下とした点にある。
後述の実施例で示したように、シリカアルミナの含有量を５０重量％以下とした場合は、シリカアルミナを添加しない場合を上回るガス検知特性を有すると認められた。よって、本構成では、よりガス検知性能の向上したガス検知器となる。

本発明に係るガス検知器の第五特徴構成は、検知対象である被検知ガスをＬＰＧ、メタン、ニオイ成分とした点にある。

本構成によれば、本発明のガス検知器を一般的に幅広く設置されているＬＰＧガス検知器、メタンガス検知器およびニオイガス検知器に適用することができるため、ＬＰＧ、メタンおよびニオイ成分を確実に検知できるようになる。

本発明のガス検知器の概要を示す図である。 ブリッジ回路の概略図である。 実施例１の結果を示したグラフである。 実施例２の結果を示したグラフである。 実施例３の結果を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示したように本発明のガス検知器Ｘは、被検知ガスと接触するガス感応部１２を有するガス検知素子１０と、ガス検知素子１０の上流に、酸化白金を構成成分として有する酸化白金フィルタ部２０と、を備える。

本実施形態では、ガス検知素子１０として熱線型半導体式ガス検知素子を例示するが、これに限られるものではない。その他のガス検知素子として、接触燃焼式ガス検知素子、基板型半導体式ガス検知素子、固体電解質式ガス検知素子等、従来公知のガス検知素子が挙げられる。

熱線型半導体式ガス検知素子１０は、コイル状の貴金属線材１１を覆って焼結させた金属酸化物を主成分とするガス感応部１２を有する。貴金属線１１は、材質、線径、コイル径、コイル巻数等は、従来の熱線型半導体式ガス検知素子に使用するものと同様で、特に限定されない。貴金属線材１１の材質としては白金等を適用できる。

ガス感応部１２は金属酸化物半導体が使用できる。当該金属酸化物半導体としては、例えば酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等が使用できるが、特に限定されるものではない。

本実施形態に係るガス検知器Ｘは、図２に示すように、被検知ガス（ＬＰＧ、メタンなどの可燃性ガスやニオイ成分）を検知する熱線型半導体式ガス検知素子１０、固定負荷抵抗Ｒ０と、固定対辺抵抗Ｒ１，Ｒ２とをブリッジ回路に組み込んで構成してある。ブリッジ回路は、電源Ｅによって常時電圧を供給し、熱線型半導体式ガス検知素子１０を被検知ガスが反応する温度に保持してある。

ガス検知素子１０の上流には、酸化白金を構成成分として有する酸化白金フィルタ部２０を備える。
酸化白金フィルタ部２０は、酸化白金の微粉末を構成成分として有する態様であれば、どのような構成でもよい。例えば、酸化白金フィルタ部２０を、酸化白金の微粉末を収容した容器とした態様、或いは、薄膜に酸化白金の微粉末を付着させた態様とすればよい。また、酸化白金粒子は加圧成形したペレット状、或いは、アルミナゾルやシリカゾル等をバインダーとして成形した態様で使用することも可能である。このようにして構成した酸化白金フィルタ部２０をガス検知素子１０の上流に配置し、被検知ガスが酸化白金フィルタ部２０を経由してガス検知素子１０に到達するように構成する。
酸化白金は、無水物、水和物の何れの態様であってもよい。

このように酸化白金フィルタ部２０をガス検知素子の上流に備えることで、仮に雰囲気ガスに建築材料などに含まれる有機シリコーンガスなどのシリコーンガスが含まれていたとしても、当該シリコーンガスがガス検知素子１０に到達する前に酸化白金フィルタ部２０によって吸着除去することができる。そのため、シリコーンガスがガス検知素子１０の表面に到達し難くなり、有機シリコーンガス又はその分解物等のシリコーン成分が付着することで、ガス検知素子１０のガス検知特性が変化するのを未然に防止することができる。

酸化白金の微粉末の粒径は５０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍとすればよい。この粒径であれば、被検知ガスと酸化白金の微粒子とが接触する面積を飛躍的に増大させることができるため、酸化白金フィルタ部２０を経由するガスと酸化白金の微粒子との反応効率を向上させることができる。

酸化白金フィルタ部２０には珪酸化合物を含有させるとよい。当該珪酸化合物は、例えば、シリカアルミナ、シリカ、ゼオライトなどが例示されるがこれに限られるものではない。これら珪酸化合物を酸化白金フィルタ部２０に含有させると、高価な酸化白金のフィルタ含有割合を減少させることができるため、低コストでガス検知器Ｘを製造できる。特にこれら珪酸化合物を酸化白金フィルタ部２０に含有させた場合、珪酸化合物の含有量によっては、珪酸化合物を添加しない場合よりガス検知性能は向上する。例えば酸化白金フィルタ部２０にシリカアルミナを７０重量％以下、好ましくは５０重量％以下の含有量となるように添加するとよい。

〔実施例１〕
５０ｎｍ〜５００ｎｍの粒径を有する酸化白金の微粉末１０ｍｇを、直径５ｍｍの円柱状の容器に収容して酸化白金フィルタ部２０を作製した。当該容器は酸化白金粒子を収容して、雰囲気ガスがその内部を通過できるように構成してある。このような酸化白金フィルタ部２０を備えた本発明のガス検知器Ｘを、シリコーンガスとしてＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）１００ｐｐｍを含有するドライ環境（２０℃、２０％ＲＨ）に曝露し、警報濃度（イソブタン）の経時変化を調べた。

ガス検知素子１０はＬＰＧ検知用とした。比較のため、酸化白金フィルタ部２０に変えて、シリカアルミナ、白金黒、酸化パラジウム、パラジウム黒、銀をそれぞれ吸着フィルタ部として備えたこと以外は本発明のガス検知器Ｘと同様の構成を有する従来のガス検知器（比較センサ１〜５）を使用した。図３に結果を示す。

この結果、本発明のガス検知器Ｘは５０時間の曝露を行なったとしても、殆どイソブタンの警報濃度に変化は見られなかった。一方、比較センサ１（シリカアルミナ）は、５０時間経過時の当該警報濃度が４分の３程度まで低下し、比較センサ２〜５は２０時間経過時において警報濃度が４分の１以下にまで低下することが判明した。これは比較センサ１〜５がシリコーンガスであるＯＭＣＴＳに曝露された結果、ガス検知特性が変化したものと認められた。

〔実施例２〕
本発明のガス検知器Ｘおよび比較センサ１（シリカアルミナ）において、シリコーンガスとしてＯＭＣＴＳ１００ｐｐｍを含有する高湿環境（４０℃、８０％ＲＨ）に曝露し、警報濃度（イソブタン）の経時変化を調べた。図４に結果を示す。

この結果、本発明のガス検知器Ｘは５０時間の曝露を行なったとしても、殆どイソブタンの警報濃度に変化は見られなかった。一方、比較センサ１は、５０時間経過時の当該警報濃度が６割程度まで低下することが判明した。

〔実施例３〕
酸化白金フィルタ部２０において、珪酸化合物としてシリカアルミナを含有させた場合のガス検知器Ｘを、シリコーンガスとしてＯＭＣＴＳ１００ｐｐｍを含有するドライ環境（２０℃、２０％ＲＨ）に１００時間曝露し、警報濃度（イソブタン）の変化を調べた。シリカアルミナの含有率は０，１５，３０，５０，６０，７０，８５，１００重量％とした。

警報濃度は、警報設定濃度２０００ｐｐｍの８０％（１６００ｐｐｍ）以上を許容範囲とした。図５に結果を示す。

この結果、シリカアルミナを７０重量％以下で含有させた場合は、警報濃度が１６００ｐｐｍ以上であり、良好なガス検知特性を有すると認められた。また、シリカアルミナを６０重量％以下で含有させた場合は、警報濃度が１８００ｐｐｍ以上であり、シリカアルミナを添加しない場合（シリカアルミナ０重量％）と同等以上のガス検知特性を有すると認められた。特にシリカアルミナを１５〜５０重量％、特に３０〜５０重量％で含有させた場合は、警報濃度が１９００ｐｐｍ以上であり、シリカアルミナを添加しない場合を上回るガス検知特性を有すると認められた。

このように酸化白金フィルタ部２０において、所望の製品スペックに応じて珪酸化合物（シリカアルミナ）の含有量を種々変更することで、所望のガス検知特性を有するガス検知器を製造することが可能となる。

本発明は、貴金属線材を覆って焼結させた金属酸化物を主成分とし、被検知ガスと接触するガス感応部を有するガス検知素子を備えたガス検知器に利用できる。

Ｘ ガス検知器
１０ ガス検知素子
１１ 貴金属線材
１２ ガス感応部
２０ 酸化白金フィルタ部

Claims (5)

1. 被検知ガスと接触するガス感応部を有するガス検知素子と、
   前記ガス検知素子の上流に、酸化白金を構成成分として有する酸化白金フィルタ部と、
   を備えたガス検知器。
2. 前記酸化白金フィルタ部が珪酸化合物を含有する請求項１に記載のガス検知器。
3. 前記珪酸化合物がシリカアルミナである請求項２に記載のガス検知器。
4. 前記シリカアルミナの含有量が５０重量％以下である請求項３に記載のガス検知器。
5. 検知対象である被検知ガスがＬＰＧ、メタン、ニオイ成分である請求項１〜４の何れか一項に記載のガス検知器。

Images